(57)【要約】  藻類の光合成に必要な光質と光量子を培養装置内に均一に、効率良く供給できる微細藻類培養装置を提供する。  藻類の培養槽への光供給手段として、光導波路を備えた微細藻類培養装置であって、前記光導波路が、６７５〜６８５ｎｍ、６９５〜７０５ｎｍ、４２５〜４３５ｎｍおよび４５０〜６６０ｎｍの波長範囲の光をそれぞれ発する光発光ダイオード等からなる光発振装置を光導波路の一方の端面に取り付け、光導波路の外縁もしくは内周に光反射物質等を備えることにより、光導波路の中心軸に対して直角方向に光が放出されるように形成された光導波路であることを特徴とする微細藻類培養装置、および、前記光導波路を備え、かつ、回転軸を中心に攪拌翼が回転することにより培養槽内の栄養塩液を攪拌する攪拌機であって、回転軸の軸方向下部にＣＯ２のマイクロバブルを発生させる装置を有する攪拌機を備えたことを特徴とする微細藻類培養装置である。
2011065445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
藻類の培養槽への光供給手段として、光導波路を備えた微細藻類培養装置であって、前記光導波路が、６７５〜６８５ｎｍ、６９５〜７０５ｎｍ、４２５〜４３５ｎｍおよび４５０〜６６０ｎｍの波長範囲の光をそれぞれ発する光発光ダイオードおよび／またはレーザー発振ダイオードからなる光発振装置を光導波路の一方の端面に取り付け、光導波路の外縁もしくは内周に光反射物質またはアルミ箔を備えることにより、光導波路の中心軸に対して直角方向に光が放出されるように形成された光導波路であることを特徴とする微細藻類培養装置。
【請求項２】
複数の前記光発光ダイオードおよび／またはレーザー発振ダイオードからなる光発振装置が一本の光導波路の端部に取り付けられている請求項１記載の微細藻類培養装置。
【請求項３】
前記光導波路が藻類の栄養塩液に接触する位置に設置され、前記光発振装置が藻類の栄養塩液に接触しない位置に設置される請求項１または２記載の微細藻類培養装置。
【請求項４】
前記光発振装置から発せられる光の進行角度が光導波路の端面に対して７０〜９０度の範囲に調節できるように、前記光発振装置が取り付けられている請求項１〜３のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項５】
さらに、前記光発振装置の温度を２４．５〜２５．５℃に保温することのできる温度制御機構を備えた請求項１〜４のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置
【請求項６】
前記光発振装置が取り付けられた光導波路の端面の反対側の端面を光反射物質またはアルミ箔で被覆した請求項１〜５のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項７】
前記光導波路が、接合部を有する請求項１〜６のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項８】
前記培養槽が矩形または円筒型であり、培養槽の壁面に前記光導波路を配設した請求項１〜７のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項９】
前記培養槽が矩形または円筒型であり、培養槽の底面に前記光導波路を配設した請求項１〜８のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項１０】
前記培養槽内に、軸を中心に回転する攪拌翼を備えた攪拌機を有し、前記軸の内部または外縁部に、軸に対して平行に前記光導波路を配設した請求項１〜９のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項１１】
軸を中心とした回転機構を備えた攪拌機の回転軸から放射状に延伸した支持体に、前記４種の波長の光を発する光発振装置をそれぞれ取り付けた４本の光導波路が、回転軸に対して平行に固定されてなる攪拌機を前記培養槽内に有する請求項１〜１０のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項１２】
前記攪拌機に、藻類の栄養源および／または栄養塩液の供給装置が配設された請求項１０または１１記載の微細藻類培養装置。
【請求項１３】
前記攪拌機に、二酸化炭素の供給装置が配設された請求項１０〜１２のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項１４】
さらにｐＨ検出装置および／またはｐＨ調節機構を備えた請求項１〜１３のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項１５】
太陽光が前記培養槽へ供給される構造を有し、光合成有効放射（ＰＡＲ）が２００μＥ／Ｓ／ｍ２以下のときに前記光発振装置を作動させる光発振装置の制御装置を備えた請求項１〜１４のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項１６】
栄養塩液から藻類を分離した後、栄養塩液を再び培養槽に供給する手段を備えた請求項１〜１５のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項１７】
前記培養槽を地下に設置した請求項１〜１６のうちいずれか一項記載の微細藻類培養装置。
【請求項１８】
地上および地下にそれぞれ熱交換器を備えた培養槽を設置し、それぞれの培養槽を、熱媒体を用いたヒートポンプまたはヒートパイプを介して連結した請求項１７記載の微細藻類培養装置。
【請求項１９】
太陽光が供給される構造を有する培養槽（Ａ）と、
６７５〜６８５ｎｍ、６９５〜７０５ｎｍ、４２５〜４３５ｎｍおよび４５０〜６６０ｎｍの波長範囲の光をそれぞれ発する光発光ダイオードおよび／またはレーザー発振ダイオードからなる光発振装置を光導波路の一方の端面に取り付け、光導波路の外縁もしくは内周に光反射物質またはアルミ箔を備えることにより、光導波路の中心軸に対して直角方向に光が放出されるように形成された光導波路を備えた培養槽（Ｂ）と、を有する藻類の培養装置であって、
培養槽（Ａ）の栄養塩液が培養槽（Ｂ）へ供給される構造を有することを特徴とする微細藻類培養装置。
【請求項２０】
６７５〜６８５ｎｍ、６９５〜７０５ｎｍ、４２５〜４３５ｎｍおよび４５０〜６６０ｎｍの波長範囲の光をそれぞれ発する光発光ダイオードおよび／またはレーザー発振ダイオードからなる光発振装置を光導波路の一方の端面に取り付け、光導波路の外縁もしくは内周に光反射物質またはアルミ箔を備えることにより、光導波路の中心軸に対して直角方向に光が放出されるように形成された光導波路を備え、かつ、
回転軸を中心に攪拌翼が回転することにより培養槽内の栄養塩液を攪拌する攪拌機であって、回転軸に対して垂直方向に、回転中心から放射状に延伸した支持体に固定された複数の攪拌翼を有し、回転軸の軸方向下部に二酸化炭素のマイクロバブルを発生させる装置を有する攪拌機を培養槽内に備えたことを特徴とする微細藻類培養装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微細藻類培養装置に関し、詳しくは、藻類の光合成に必要な光を培養槽に効率良く供給することのできる微細藻類培養装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
藻類の光合成能力を活用して、クロレラやスピルリナを太陽光のもとで深さ３０ｃｍ程度の広い面積でドーナッツ型の浅い池を用いて、大量に製造する方式が普及している。この場合夜間太陽照射のないときには藻類に昼間に蓄えた光合成産物を消費するために藻類の乾物生産性が低い欠点がある。この欠点を少しでも補うためにフォトバイオリアクタを用いて太陽光線に変わる人工光源をバイオリアクタ内部に照射しながら藻類の生産性を向上させる発明（特許文献１〜３参照）がある。【０００３】
また、太陽光の水による減衰を防ぐために、光ファイバを用いて液部分を壁体の表面に薄く流す薄層液に太陽光や人工光を照射する方式（特許文献４参照）の発明がある。光合成を行う液体内部の太陽光の吸収により特に可視光のうち青色は減衰し、赤色光の減衰は避けられても、光合成の光反応システムの機能を弱めるために微細藻類の生産性は高くならない。【０００４】
その欠点を補う方法として太陽光に近い光源をバイオリアクタ内部に導入して、光合成システムを強化する発明がある。バイオリアクタ内部に平板状発光体を回転可能な枠に取り付け、中の液体が均質に分散する角度に調整可能なバイオリアクタ内部の光照射の均一化の壁体と攪拌機の間に設置する方式（特許文献５参照）の発明がある。これら２つの発明はバイオリアクタ内の光照射の均一化を図るために光源の制御及び攪拌による液体流れに対する光照射位置の制御を考えたものである。光源をバイオリアクタ内部に光源を入れる場合に、光源となる光変換の効率が悪く、投入エネルギーの大部分が熱となって液体に伝熱され、液体の温度を一定に保つために冷却エネルギーを使用する。また、変換された光エネルギーのうち緑や黄色の波長を持つ光質は光合成にほとんど関与しない。このためにバイオリアクタ内に置かれる発光体の電力を液体体積に比べ小さくできない欠点がある。このために、液体の攪拌強度を上げてしまうので、液体内部で微細藻類の細胞分裂を維持するための攪拌強度を低下できない欠点がある。【０００５】
また、光源を冷陰極管（ＣＣＬ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いて、電力消費を抑えながら栄養塩液に光源を浸漬する微細藻類培養装置が発明（特許文献１および２参照）されているが、光源を液面以下に配置するために配線部が複雑になり光源に栄養塩液が浸み込む事故による漏電が発生しやすい構造が問題になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国出願公開２００９０２９４４５号公報
【特許文献２】米国出願公開２００９０１７６７７号公報
【特許文献３】特許第３２８３９８２号公報
【特許文献４】特許第３０４９１８３号公報
【特許文献５】特許第２８８２６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで本発明の目的は、藻類の光合成における光反応システムに必要な光質と光量子を培養装置内に均一に、効率良く供給することのできる微細藻類培養装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記課題を解決するために、鋭意検討した結果、特定の波長の光を発する光発振装置が取り付けられた光導波路を藻類の培養槽に設置することで上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。【０００９】
すなわち本発明の微細藻類培養装置は、藻類の培養槽への光供給手段として、光導波路を備えた微細藻類培養装置であって、前記光導波路が、６７５〜６８５ｎｍ、６９５〜７０５ｎｍ、４２５〜４３５ｎｍおよび４５０〜６６０ｎｍの波長範囲の光をそれぞれ発する光発光ダイオードおよび／またはレーザー発振ダイオードからなる光発振装置を光導波路の一方の端面に取り付け、光導波路の外縁もしくは内周に光反射物質またはアルミ箔を備えることにより、光導波路の中心軸に対して直角方向に光が放出されるように形成された光導波路であることを特徴とするものである。【００１０】
本発明の微細藻類培養装置においては、複数の前記光発光ダイオードおよび／またはレーザー発振ダイオードからなる光発振装置が一本の光導波路の端部に取り付けられていることが好ましい。【００１１】
また、本発明の微細藻類培養装置は、前記光導波路が藻類の栄養塩液に接触する位置に設置され、前記光発振装置が藻類の栄養塩液に接触しない位置に設置されることが好ましい。【００１２】
さらに、本発明の微細藻類培養装置は、前記光発振装置から発せられる光の進行角度が光導波路の端面に対して７０〜９０度の範囲に調節できるように、前記光発振装置が取り付けられていることが好ましい。【００１３】
さらにまた、本発明の微細藻類培養装置は、前記光発振装置の温度を２４．５〜２５．５℃に保温することのできる温度制御機構を備えていることが好ましい。【００１４】
また、本発明の微細藻類培養装置は、前記光発振装置が取り付けられた光導波路の端面の反対側の端面が光反射物質またはアルミ箔で被覆してあることが好ましい。【００１５】
さらに、本発明の微細藻類培養装置は、前記光導波路が、接合部を有することが好ましく、前記培養槽が矩形または円筒型であり、培養槽の壁面に前記光導波路が配設されていることが好ましい。【００１６】
また、本発明の微細藻類培養装置は、前記培養槽が矩形または円筒型であり、培養槽の底面に前記光導波路が配設されていることが好ましい。【００１７】
さらにまた、本発明の微細藻類培養装置は、前記培養槽内に、軸を中心に回転する攪拌翼を備えた攪拌機を有し、前記軸の内部または外縁部に、軸に対して平行に前記光導波路が配設されていることが好ましい。【００１８】
また、本発明の微細藻類培養装置は、軸を中心とした回転機構を備えた攪拌機の回転軸から放射状に延伸した支持体に、前記４種の波長の光を発する光発振装置をそれぞれ取り付けた４本の光導波路が、回転軸に対して平行に固定されてなる攪拌機を前記培養槽内に有することが好ましい。【００１９】
また、本発明の微細藻類培養装置は、前記攪拌機に、藻類の栄養源および／または栄養塩液の供給装置が配設されていることが好ましく、前記攪拌機に、二酸化炭素の供給装置が配設されていることが好ましい。【００２０】
また、本発明の微細藻類培養装置は、さらにｐＨ検出装置および／またはｐＨ調節機構を備えていることが好ましく、太陽光が前記培養槽へ供給される構造を有し、光合成有効放射（ＰＡＲ）が２００μＥ／Ｓ／ｍ２以下のときに前記光発振装置を作動させる光発振装置の制御装置を備えていることが好ましい。【００２１】
さらに、本発明の微細藻類培養装置は、栄養塩液から藻類を分離した後、栄養塩液を再び培養槽に供給する手段を備えていることが好ましく、前記培養槽が地下に設置されていることが好ましい。【００２２】
また、本発明の微細藻類培養装置は、地上および地下にそれぞれ熱交換器を備えた培養槽が設置され、それぞれの培養槽が、熱媒体を用いたヒートポンプまたはヒートパイプを介して連結されていることが好ましい。【００２３】
また、本発明の微細藻類培養装置は、
太陽光が供給される構造を有する培養槽（Ａ）と、
６７５〜６８５ｎｍ、６９５〜７０５ｎｍ、４２５〜４３５ｎｍおよび４５０〜６６０ｎｍの波長範囲の光をそれぞれ発する光発光ダイオードおよび／またはレーザー発振ダイオードからなる光発振装置を光導波路の一方の端面に取り付け、光導波路の外縁もしくは内周に光反射物質またはアルミ箔を備えることにより、光導波路の中心軸に対して直角方向に光が放出されるように形成された光導波路を備えた培養槽（Ｂ）と、を有する藻類の培養装置であって、
培養槽（Ａ）の栄養塩液が培養槽（Ｂ）へ供給される構造を有することを特徴とするものである。【００２４】
さらにまた、本発明の微細藻類培養装置は、６７５〜６８５ｎｍ、６９５〜７０５ｎｍ、４２５〜４３５ｎｍおよび４５０〜６６０ｎｍの波長範囲の光をそれぞれ発する光発光ダイオードおよび／またはレーザー発振ダイオードからなる光発振装置を光導波路の一方の端面に取り付け、光導波路の外縁もしくは内周に光反射物質またはアルミ箔を備えることにより、光導波路の中心軸に対して直角方向に光が放出されるように形成された光導波路を備え、かつ、
回転軸を中心に攪拌翼が回転することにより培養槽内の栄養塩液を攪拌する攪拌機であって、回転軸に対して垂直方向に、回転中心から放射状に延伸した支持体に固定された複数の攪拌翼を有し、回転軸の軸方向下部に二酸化炭素のマイクロバブルを発生させる装置を有する攪拌機を培養槽内に備えたことを特徴とするものである。【００２５】
本発明の微細藻類培養装置においては、上記光導波路とともに、中心波長４４５ｎｍ（４２５〜５００ｎｍ）および６７５ｎｍ（５５０〜８５０ｎｍ）の２山形波長強度をもち且つ６７５ｎｍと４４５ｎｍの中心波長の光量子強度比が４〜１０を構成するＬＥＤを透明管または角型透明框内に収納し、気体中および／または液体中に配設することで、微細藻類培養装置の培養パターンを豊富にすることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の微細藻類培養装置における光導波路は一部反射を行う反射物質を用いた一体構造とすることで、光発振装置から、距離が遠くなっても、また、光導波路を曲げても、培養槽に光を供給することが可能となった。従って、培養槽を深くしても培養槽の底部まで光を到達させことが可能になった。これによって光発振した光質と光量子を微細藻類の光合成に効率よく利用できるようになった。また、特定の波長の光を培養槽に供給することで、藻類の光合成を効率良く促進することができる。つまり、本発明では、光合成に必要な光質を培養槽に供給し、人工光では問題になるグリーンギャップを回避し、人工光下でも太陽エネルギーで生産されるカロテノイドの微細藻類細胞内での生産を可能にした。【００２７】
また、前記光導波路が藻類の栄養塩液に接触する位置に設置され、前記光発振装置が藻類の栄養塩液に接触しない位置に設置される場合、光変換による温熱を栄養塩液に伝熱しないので、栄養塩液の温度安定性を従来の発明よりも確保でき、余剰熱もさらに有功に活用できる。このため、藻類の増殖速度を可能な限り高め、藻類の生育密度を従来法の１０〜５０倍に高めることが可能になった。【００２８】
さらに、太陽光および光導波路により光が供給される培養槽と、光導波路により光が供給される培養槽を組み合わせた場合、人工光微細藻類栄養塩液の二酸化炭素供給によるｐＨの極端な低下を回避し、供給した二酸化炭素を微細藻類が確実に資化できる環境を整えることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は本発明の光発振装置を４つ備えた複合光導波路体の概略図である。
【図２】図２は本発明の光導波路を備えた攪拌機の概略図である。
【図３】図３は太陽光／人工光併用型培養槽を備えた微細藻類培養装置の概略図である。
【図４】図４は本発明の光導波路を備えた攪拌機を上から見た概略図である。
【図５】図５は本発明の光導波路を備えた培養槽の側面からの概略図である。
【図６】図６は本発明の光導波路を備えた、太陽光／人工光併用型の培養装置と人工光のみの培養装置を組み合わせた培養装置の概略図である。
【図７】図７は本発明の光導波路を備えた、コンテナ型の培養装置の概略図である。
【図８】図８は本発明の光導波路を底面に備えた培養装置の概略図である。
【図９】図９は本発明の光導波路を備えた地下設置型の培養槽と太陽光／人工光併用型培養槽を備えた微細藻類培養装置の概略図である。
【図１０】図１０は、実施例３における栄養塩液のｐＨ推移およびユーグレナの乾物量の推移を表したグラフである。
【図１１】図１１は、実施例１０におけるＬＥＤ発光体と光導波路とを併用した微細藻類培養装置の立体概略図である。
【図１２】図１２は、実施例１１におけるＬＥＤ発光体と光導波路とを併用した微細藻類培養装置の立体概略図である。
【図１３】図１３は、実施例１２における完全密閉型太陽光・人工光併用型微細藻類培養装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
微細藻類の光合成における光反応システムに必要な光質は７００ｎｍ、６８０ｎｍ、４３０ｎｍおよび４５０〜６６０ｎｍである。これらの波長の光をはっするＬＥＤやレーザー発振ダイオードを本発明では光源として活用する。ＬＥＤはレーザー発振ダイオードに比べ直進性に劣り電力消費が多いが、温度安定性にすぐれているので、太陽光を受ける太陽光併用型フォトバイオリアクタの光源に適している。一方、レーザー発振型ダイオードは直進性に優れかつ低電力であるので、地下設置培養槽など、深い微細藻類培養槽に適している。また、培養槽内に設置した攪拌機に光導波路を備え付ける場合、レーザー発振ダイオードの電力供給電源線は攪拌機の上部に取り付けるだけでよいので、米国出願公開２００９０２９４４５号公報や米国出願公開２００９０１７６７７号公報記載の発明のように攪拌翼内に電源線を挿入しないので構造がシンプルで、かつ効率よく光量子の密度を５０〜１０００倍高めることができる。
ＬＥＤやレーザー発振ダイオードを取り付けた光導波路の長さ（Ｌ）における周辺長に対する光反射部の割合（Ｙ）は、光導波路の光透過率（ｂ）との関係から、次式で表現できる。
Ｙ＝ａ・ＥＸＰ（ｂ・Ｌ）・・・・・・・・・・・・・・（１）
また、光導波路の長さが２ｍ以内の短い長さであれば、ティラー近似により、
Ｙ＝ｂ・Ｌ＋Ｃ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
の直線近似でよい。
特にＬＥＤを光源に使う場合には光放射角度がレーザー発振ダイオードに比較して広いために（２）式が適応される。
【００３１】
本発明の光導波路は、光透過性に優れたガラスやアクリル樹脂、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン等を材料として用いることができる。また光導波路の外縁または内周に、光導波路を円柱構造と見立てた場合の周長の１０〜７５％を占めるように、光反射物質またはアルミ箔を取り付ける。取り付け方法は特に限定無く、接着などによることができる。また、光反射物質の材質として例えば、フッ素系ポリマー（商品名：テフロン（登録商標））などのフッ素樹脂などを挙げることが出来る。これにより、光導波路の中心軸に対して直角方向に少なくとも一部の光が放出されるようになる。この光導波路の端面の各々に上記光発光ダイオードおよび／またはレーザー発振ダイオードからなる光発振装置を取り付け、好ましくは、別の端面に光反射物質を接着して、レーザー光直進波を反射させる。上記のように構成された複合光導波路体の光導波路は、微細藻類培養槽壁面や底面まで必要な光質と光量子を送ることができるので攪拌機を補助的に利用でき、培養に要する電力を従来の発明よりも１０〜１００分の１に低下でき、その低下させた電力分を光量子の供給に当てることが可能になり、高濃度培養を短時間で達成できる。また上記光導波路は曲げることが可能であり、培養槽の壁面や底部の形に沿って配設することができる。
【００３２】
光発振装置は、各光導波路につき、１種類を取り付けても、図１に示すように複数の波長の光を発する光発振装置を組み合わせて、光発振装置固定部１に取り付け、これを光発振装置・光導波路固定部２を介して１本の光導波路３に取り付けてもよい。図１のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄはそれぞれ光発振装置を表す。この光導波路３には、その断面図から分かるように光反射物質４が長手方向に配設されている。また、前記光発振装置から発せられる光の進行角度が光導波路３の端面に対して７０〜９０度の範囲に調節できるように、前記光発振装置が取り付けられていることが好ましい。これにより光導波路周縁への光量子の浸み出しを平均化することができる。
【００３３】
光導波路３の表面は藻類が付着しやすいので、光酸化触媒を塗布し、この付着を防止することに加えこの光導波路表面を摺動させる軟質の樹脂を配設し、これを定期的に動かすことで、光導波路３の表面の微細藻類の付着を確実に防止できる。
【００３４】
上記のように構成された複合光導波路体３のうち、図５で示すように光導波路２５だけが微細藻類栄養塩液に直接接触する構造、すなわち、光導波路２５が藻類の栄養塩液に接触する位置に設置され、光発振装置２７が藻類の栄養塩液に接触しない位置に設置されることが好ましい。
【００３５】
本発明の微細藻類培養装置は、光発振装置の温度を２４．５〜２５．５℃に保温することのできる温度制御機構を備えていることが好ましい。この温度制御機構は、いかなる構造のものも採用することができるが、コスト面、装置の小型化の面から、気流を用いた温度制御機構が好ましい。そのような温度制御機構として、例えば冷却ファンなどが挙げられる。光源の寿命は光源温度を常温に保つことができれば、光源寿命を長期化することが可能である。そのために光源を取り付けている基盤を冷却や保温で恒温化することによって、その寿命の低下を理論値の１５％未満に維持でき、これによって陰極間発光体の寿命より５〜１０倍の光源交換時間を長くできる。また、光熱費の大幅なコスト及び維持コストの削減が可能になる。
【００３６】
図５で示すように、本発明で用いる光導波路２５は途中で接合部２６を有していてもよい。接合部２６は、光導波路２５の両端面が鏡面仕上げされ、かつ、その接触面が、光導波路２５を構成する材料と同じ材料で接着されていることが好ましい。また、接続面に藻類の栄養塩液が浸み込まないように、防水のために接合部２６を合成樹脂などの非透水性の材料で覆うようにすることが好ましい。
【００３７】
本発明の培養装置は、培養槽内に攪拌機を備えることができる。複合光導波路体の光導波路は、微細藻類培養槽壁面や底面まで必要な光質と光量子を送ることができるので攪拌機を補助的に利用でき、培養に要する電力を従来の発明よりも１０〜１００分の１に低下でき、その低下させた電力分を光量子の供給に当てることが可能になり、高濃度培養を短時間で達成できる。
【００３８】
本発明の培養装置に用いる攪拌機は、その軸もしくは攪拌翼に上記光導波路を備え付けることができる。攪拌翼の代わりに光導波路を回転させてもよい。そのような攪拌機の構造として、例えば図２に示すようなものが挙げられる。図２の攪拌機においては、攪拌翼をかねた光導波路７が攪拌機の回転軸（中空軸）５から延伸した支持体（支持円盤）６に軸５に平行になるように固定され、光導波路７の上部端面に、例えば図１のように光発振装置（光源）が取り付けられ、さらに電源線、陰極が取り付けられている。また、攪拌機の上部に二酸化炭素供給部を設けて中空軸中を二酸化炭素を通し、複合ボールベアリング１６を介して回転自在に接続された気液混合ミキサ９において溶解させる。中空軸５中には、逆止弁１９を設けて、二酸化炭素の逆流を防止する。気液混合ミキサ９は、例えば、気液混合ミキサ用モータ１５、微細気泡放出インペラ１７、ローター１８からなり、栄養塩液の供給部を有する。また、気液混合ミキサ９の近傍に、ｐＨセンサ１０を設けてもよい。攪拌翼をかねた光導波路７は攪拌機回転用モータ１４により回転することで、栄養塩液を攪拌し、かつ、藻類の光合成に必要な光を培養槽に供給する。攪拌機の攪拌翼および回転軸５はバイオリアクタ内に浸漬されており、攪拌機の上部に光源電源に電力を供給させる摺動式電力伝達部（電力供給用スリップリング８）を配設することでバイオリアクタ内に一定量の光エネルギーを供給することができる。複合導波路７は、４種の波長の光を発する光発振装置が取り付けられたものをそれぞれ個別に支持体に固定してもよく、図４に示すように、まとめて固定してもよい。図４では、光反射物質またはアルミ箔を取り付けた側が４本の中心に向くように光導波路２５が固定されている。また、中空回転軸の内部に光導波路を配してもよい。
【００３９】
光合成に必要なＣＯ２の供給が藻類の光合成の生産速度を律速するので、本発明の微細藻類培養装置は、ＣＯ２の供給機構を備えることが好ましい。例えば、そのようなＣＯ２の供給機構は上記攪拌機の回転軸の上部または下部に取り付けることができる。単位体積あたりのＣＯ２の大量供給速度を保持し、かつ攪拌強度に影響をきたさないために攪拌機の軸の下部にＣＯ２の吐出口を設けて、外部からＣＯ２供給用コンプレッサーまたはポンプによってＣＯ２を供給する。また、アルカリ液またはアルカリイオン水の供給口をＣＯ２の吐出口の近傍に設けて、気液混合ミキサを用いて二酸化炭素によるｐＨの低下を中和により緩和しながら水へ溶解することが好ましい。気液混合ミキサによって、ＣＯ２の気泡が細かくなり、気泡の上昇速度が低下するので、より多くのＣＯ２を溶解させることができる。さらに中和によってもＣＯ２の溶解が促進される。具体的には、例えば、気液混合ミキサの回転体の回転数を１０００〜３０００ｒｐｍに調節し、シリンダ内に内包した回転体と固定体との間隙の中でＣＯ２の気泡を０．５〜４０μｍに細分化して、いわゆるマイクロバブルとして供給することが好ましい。そのようなＣＯ２のマイクロバブル発生装置を回転軸の軸方向下部に有する攪拌機と、上記の光導波路を併用することで、藻類の光合成に必要な光とＣＯ２を十分量供給することが可能になり、藻類の増加速度をより一層高めることができる。マイクロバブル発生装置としては上記のような気液せん断法を利用したもの以外に、加圧減圧法を利用したものを使用することもできる。ＣＯ２の吐出口、アルカリ液またはアルカリイオン水の供給口および気液混合ミキサ９の設置位置は、攪拌機の軸に限定されることはなく、例えば、培養槽底部などにも設置することができる。
【００４０】
本発明の微細藻類培養装置は、ｐＨセンサおよび／またはｐＨ調節機構を備えていることが好ましい。ｐＨセンサは市販のｐＨ検出装置であればいずれも使用可能である。ｐＨセンサにより、栄養塩液のｐＨを測り、栄養塩液が酸性側に傾いたら、ｐＨ調節機構により中和をし、栄養塩液のｐＨを一定に保つ。このようにすることで藻類の最適ｐＨを保つことができる。ｐＨ調節機構とは、例えば、アルカリ液の供給装置である。これによりＣＯ２の大量溶解により酸性側に傾いた栄養塩液を中和することができる。具体的には、微細藻類の対数増殖を最大に保つためには、最適ｐＨは７．２〜９．０の範囲に維持する必要があるので、二酸化炭素の注入に対してはｐＨを検出してｐＨの低下を７．２以下にしない制御を行う。また、図２に示すように、ｐＨセンサ１０により検出した信号をアンプ１２および信号線１１を介してソレノイド制御弁１３に送り、ＣＯ２の注入量を制御することができる。
【００４１】
本発明の微細藻類培養装置中の培養槽は、太陽光が培養槽内部へ供給される構造を有し、太陽光と、前記光導波路による人工光の併用型とすることもできる。太陽光が培養槽内部へ供給される構造とは、例えば培養槽の天井部が透明な材料で構成されている構造などが挙げられる。また、太陽光／人工光併用型培養槽とする場合、太陽光が弱いときにのみ、人工光を培養槽に供給できるように、弱光、例えば、光合成有効放射（ＰＡＲ）が２００μＥ／Ｓ／ｍ２以下のときに前記光発振装置を作動させる光発振装置の制御装置を備えていることが好ましい。このような構成とすることで、晴天下など十分な光が培養槽に届くときは光発振装置の電気使用量を抑えることができる。
【００４２】
また、太陽光／人工光併用型の培養槽と人工光のみの培養槽を併用することも可能である。太陽光／人工光併用型の微細藻類培養装置は昼間太陽光に含まれる赤外ならびに赤外線や遠赤外線の光量子の入射によって温まり、熱交換しない場合は、その水温は３５〜４０℃に達する。この液温は藻類の細胞分裂に支障をきたすことがあり、また、高温水下では細胞死が起こるので、熱媒体を循環させるヒートポンプやヒートパイプを用いて太陽光／人工光併用型の藻類培養槽と人工光のみ利用する培養槽を接続し、各々に熱交換器を置くことが好ましい。このような構成とすることにより、それぞれの水温を２５〜２８℃並びに２０〜２５℃に保持することができる。
【００４３】
また、本発明の培養装置の培養槽は、地下に設置することもできる。地下に設置した場合、地熱により温度の安定化が図れるため、温度維持に要するエネルギーコストを削減することが可能になる。図９に示すように、地下に設置した培養槽４７と地上に設置した太陽光／人工光併用型（光導波路７および光導波路付き攪拌機４８を具備）の培養槽をヒートポンプ４９やヒートパイプおよび栄養塩液を輸送するパイプにより連結することも好ましい。
【００４４】
本発明の微細藻類培養装置は、太陽光が供給される構造を有する培養槽（Ａ）、即ち太陽光／人工光併用型の培養槽と、上記の光導波路を備えた人工光のみの培養槽（Ｂ）を併用する場合、（Ａ）内の栄養塩液を液体サイクロン等で固液分離後、この分離液を培養槽（Ｂ）に送液するなどして、栄養塩液を再利用できるような構成を有することが好ましい。特に、太陽光／人工光併用型の培養槽（Ａ）から分離した分離液のｐＨは人工光だけの培養槽（Ｂ）由来の藻類栄養塩液よりｐＨが０．５〜１．５ほどアルカリにシフトしているので、これを前記気液混合ミキサに供給することでＣＯ２を多量に供給した際の中和液として利用することが出来る。そのような、栄養塩液を分離して再利用できるような構成を有する培養装置の例として、図３に示すような装置が挙げられる。図３の装置では、太陽光／人工光併用型培養槽２０からポンプで藻類を含む栄養塩液を取り出し、流体サイクロン２１で固液分離処理をする。藻類を含む濃縮栄養塩液は濃縮液引き抜き部２３から引き抜かれ、それ以外の栄養塩液は別の培養槽内に設置された攪拌機の気液混合ミキサ２２に供給される。また、別の培養槽から太陽光／人工光併用型培養槽２０へ向けて栄養塩液を供給する場合も、流体サイクロン２１で上記と同様に固液分離して栄養塩液だけを太陽光／人工光併用型培養槽２０に供給することができる。図３において、光導波路を備えた攪拌機である攪拌機複合光導波路２４および気液混合ミキサ２２は、図２で示した攪拌機と同様のものである。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００４６】
各実施例で使用する藻類の栄養塩液の組成を下記表１に示す。
【表１】
2011065445.tif 000003
※１：組成は下記表２記載の通り。【００４７】
【表２】
2011065445.tif 000004
【００４８】
（実施例１）
（井戸水での仮運転による温度変化の観察）
図６に示すとおり、プラスチックハウス３０内の７０Ｌレースウェイ太陽光利用型微細藻類培養槽２９に合計３０ｍＷのＬＥＤ（４３０ｎｍ、６８０ｎｍ、７００ｎｍ、４５０〜６６０ｎｍ）を光源とする光導波路付き攪拌機３４を１基を設け、冷陰極管ランプ２．５Ｗ／本（４３０ｎｍ，６６０ｎｍ，７００ｎｍ，５０〜６６０ｎｍ、図では符号３６）を円筒型容器の内壁に４本取り付けた１００Ｌ人工光微細藻類培養容器に水温１５℃前後の井戸水をいれ、双方にヒートポンプ３３を介して熱交換器３１、３２を設置して井戸水の水温上昇を見た。この結果、太陽日射が４００〜１０００μＥ／Ｓ／ｍ２のときに、ヒートポンプ３３を作動させなかった場合７０Ｌレースウェイ太陽光利用型微細藻類培養槽内２９の水温は３２℃に達した。翌日の快晴時に、水温を２７〜３０℃の間でｏｎ−ｏｆｆ制御するヒートポンプ３３を作動させた。日中のレースウェイでの温熱を井戸水へ、冷熱をレースウェイ太陽光利用型微細藻類培養槽に供給する運転を行った。この結果、人工光微細藻類培養容器内の井戸水の水温は上昇し、１８〜２５℃になった。夜間は冷陰極管（ＣＣＬ）の照射によって、１８〜２０℃の温度範囲であった。【００４９】
（微細藻類セネデスムスの培養）
次に上記の培養装置に、井戸水の代わりに栄養塩液を入れて微細藻類セネデスムスの培養を行った。７０Ｌレースウェイ太陽光利用型微細藻類培養槽２９と人工光微細藻類培養容器をパイプで連結し、栄養塩液循環ポンプ３７を取り付けて、両培養槽間で栄養塩液が行き来できるようにした。すなわち、７０Ｌレースウェイ太陽光利用型微細藻類培養槽２９の上澄み液を１００Ｌ人工光微細藻類培養容器へ５Ｌ／ｍｉｎで流し、１００Ｌ人工光微細藻類培養容器へ返送するシステムを構成した。また、７０Ｌレースウェイ太陽光利用型微細藻類培養槽２９には水車３５を取り付けた。９９．５％二酸化炭素１８０ｇ／ｄを太陽光利用型微細藻類培養装置２８に日中３回に分けて吹き込み、人工光微細藻類培養容器には９０ｇ／ｄの二酸化炭素を夜間二回に分けて吹き込み、微細藻類セネデスムスの濃度は、４．３ｇ／Ｌの濃度から４日間で８．５ｇ／Ｌに達した。ｐＨは７．３〜７．９を推移し、安定していた。その後、半連続培養を行い、培養槽から４２．５Ｌ／ｄを引き抜き、新規栄養塩液を４２．５Ｌ／ｄ投入する運転を１２日間続けた。平均１．５ｇ／Ｌ／ｄの濃度差を得た。日中の太陽光の光強度が約１５０〜２００μＥ／ｍ２／Ｓの範囲であれば、ｐＨは７．４〜８．８で安定的に推移し、夜間人工光による補光によって、微細藻類の高濃度培養が可能となる培養が実現できた。【００５０】
（実施例２）
図７に示すように、箱型６９．１Ｌ（２４０×２４０×１２００）の培養槽を栄養塩液がプラグフローで流れるように長尺方向に２部屋にわけ下流側に４種のレーザー発振ダイオード（４３０ｎｍ、６８０ｎｍ、７００ｎｍ、４５０〜６６０ｎｍ、いずれも５ｍＷ光出力）を４セット取り付けた攪拌機３８（図２に示す攪拌機と同様の構造）を図７の平面図に示すとおり培養槽内に７基配設した。さらに図７（Ａ）、（Ｂ）に示すとおり、培養槽の壁体に沿って垂直に、かまぼこ型の複合光導波路で、平面部に光反射物質を備えたものを４種束ねたものを１組とし、栄養塩液が入ってくる上流側を粗になるように配設し、下流側を密に配設した。また、図７（Ｃ）に示すとおり、複合光導波路体のレーザー発振ダイオード（４３０ｎｍ、６８０ｎｍ、７００ｎｍ、４５０〜６６０ｎｍ）を取り付けた光導波路を透明アクリル円筒（１００φ）内に配し、図７（Ｄ）のように光導波路の光反射部を太陽光の入射に対して直角になるように設けて、パイプ状の太陽光／人工光併用型培養部を作製した。図７（Ａ）に示すように、このパイプを箱型６９．１Ｌ培養槽の上方に設置し、箱型６９．１Ｌ培養槽の底部においたポンプに接合させて、栄養塩液がパイプ状の培養部と箱形培養槽の間を循環するようにした。栄養塩液は外部から入れ、攪拌機３８の下部から高濃度の二酸化炭素を注入し、液温２５℃でＨＲＴ（水理学的平均滞留時間）を８日間に設定し、上記表１に示す栄養塩で、２０日間連続培養した。液中内の光強度は入り口側が、０．８μＥ／Ｓ／ｍ２で出口側の光強度を３．５μＥ／Ｓ／ｍ２として、微細藻類のセネデスムスを培養した。二酸化炭素は４０〜２００ｇ／ｄを時間制御で、４〜２０回に分けて供給した。急激なｐＨの低下をきたさないように電磁弁の作動時間を制御する方法とした。また、設定ｐＨ以下のときには培養槽内に設置したｐＨ計から二酸化炭素の供給の停止を判断する論理回路を設けた。培養の結果、太陽の日射が十分なとき、注入した二酸化炭素によるｐＨの低下は０．５以内に収まった。そうでない時のｐＨの低下は約１〜２となる。微細藻類のセネデスムスの濃度は、最大乾物濃度は１０〜１３ｇ／Ｌに達し、連続培養では５〜１１ｇ／Ｌの乾物濃度の間で微細藻類を回収することが最適であった。【００５１】
（実施例３）
図８に示すような、ソーラー電池ソーラー電池システム４６を設けた太陽光／人工光併用型培養槽３９を備えた微細藻類培養装置を作製し、ユーグレナの培養を行った。培養槽は、垂直方向長さは５００ｍｍ、液深が４００ｍｍの矩形状（長方形）の矩形培養槽３９とし、容器の上面は透明にして太陽光が入るようにした。この太陽光／人工光併用型培養槽の底面にはアルミ箔４２を蒸着することによって、入射太陽光を底部で反射し、液内に長波を戻すようにした。この培養槽３９の上部には逆支弁つきの圧力制御用リリーフバルブ（圧力制御弁４５）を設置し、０．００５ＭＰａ〜０．０２５ＭＰａの圧力範囲で作動するようにした。これは太陽光が照射されたときに光合成によって発生した酸素及びこれが太陽熱の影響でガス膨張することに対応したものである。この矩形体の長尺方向に対して直角の側面の両側に容器内液体を循環するためのノズルを取り付け、パイプ又はホースを介して循環ポンプ４３を配設した。この循環ポンプ４３の吐出側に気液混合ミキサ４１を取り付け、気液ミキサの吸込み側には貯蔵ＣＯ２４０より分離濃縮した二酸化炭素を必要量投入した。この量の決定は内部の液の乾物濃度及びｐＨによって決定した。４８Ｌのポリビニール製容器に３０ＷＤＣモータ駆動のインペラを備えた気液混合ミキサ４１により、１日１０〜２０分間１００％濃度の二酸化炭素を２回に分けて培養槽へ供給し、ＨＲＴを８日間に設定した連続培養を太陽光強度２００〜４００μＥ／ｍ２／Ｓの遮光下で行った。その結果、２．５ｇ／Ｌの乾物濃度でユーグレナを回収できた。
さらに、この培養槽の底部に５００ｍｍ間隔で４つのレーザー発振ダイオード（４３０ｎｍ、６８０ｎｍ、７００ｎｍ、４５０〜６６０ｎｍ、各々２０ｍＷ）を取り付けた光導波路４４を８本を備え付けて、夜間１２時間補光を加えたところ、図１０のグラフで示すように５日間のＨＲＴで１．５ｇ／Ｌ〜３．６ｇ／Ｌの乾物濃度で推移する連続培養運転が可能になった。【００５２】
（実施例４）
図２に示す攪拌機兼液混合ミキサを容器内に備えた５Ｌのガラス容器内に表１に示す標準栄養塩液４Ｌ液に種となる２×１０７ｃｅｌｌ／ｍＬ濃度のスピルリナ２０ｍＬを投入し、１００％濃度のＣＯ２を０．５ｍｌ／ｍｉｎで３分間、攪拌機兼液混合ミキサに供給した。この攪拌機には４３０ｎｍ、６８０ｎｍ、７００ｎｍの波長を持つＬＥＤをそれぞれ３個ずつ配設したガラス管からなる光導波路を先止めした円形攪拌翼を持たせた。さらにガラス容器の壁面の外側に４５０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長をもつＬＥＤ、７ｍＷを取り付けた光導波路を取り付けた。Ｒ／Ｂ比１０、有効照射電力３０ｍＷのフォトバイオリアクタを構築して、回転数毎分４５回転で、２４時間培養した。その後、スピルリナをろ過して最初の栄養塩液を捨て、表１の処方を改変し、約２倍の液濃度にした４Ｌ液に、再度ろ過したスピルリナを全量入れ、ＣＯ２供給量を１．５ｍｌ／ｍｉｎに増加して１６時間をタイマーで６回に分けて供給し、２４時間培養した結果、乾物濃度は３．０ｇ／Ｌに達した。その後、表１の処方を３倍にし、同様な方法でろ過したスピルリナ全量を入れ、ＣＯ２供給量を３０ｍｌ／ｍｉｎで、１日あたり４時間を４回に分けて供給し、７２時間で１６ｇ／Ｌを得た。【００５３】
（実施例５）
５Ｌのガラス容器内に表１に示す標準栄養塩液４Ｌ液を作り、これに凍結乾燥クロレラを０．１ｇ投入し、１００％濃度のＣＯ２を２．０ｍｌ／ｍｉｎを１日当り１６時間、タイマーで６回に分けて、図２に示す攪拌機兼液混合ミキサに供給した。この攪拌機には４３０ｎｍ、６８０ｎｍ、７００ｎｍの波長を持つＬＥＤをそれぞれ３個ずつ配設したガラス管からなる光導波路を先止めした円形攪拌翼を持たせた。さらにガラス容器の壁面の外側に４５０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長をもつＬＥＤ、７ｍＷを取り付けた光導波路を取り付けた。攪拌翼のガラス表面に酸化チタンに白金を担持した光触媒を特殊な油性接着剤に混じて塗布し、さらにフォトバイオリアクタのガラス製壁体の内側にも塗布した。培養運転条件は温度２５℃、回転数毎分４５回転で、２４時間培養し、その後表１に示す栄養塩液を定量ポンプで５．０ｍｌ／ｍｉｎで２４０分間を一日あたり４回に分けた半連続的に供給し，液量１．２Ｌ／日で引き抜く水理学的平均滞留時間（ＨＲＴ）を３．３３日とする半連続培養に切り替え、３０日間連続運転した。その後、攪拌翼ガラス面表面及びバイオリアクタ内部のガラス壁の内側の藻類の付着を調べたところまったく藻類の壁面の付着は見られなかった。長期間の運転では藻類の付着が懸念されるので壁面や光導波路表面に軟質合成樹脂製摺動装置を取り付けて定期的に付着藻類を手動で除去する仕組みを導入した。この結果、３〜４週間おきに軟質合成樹脂製摺動装置を操作することで藻類の付着を防止できた。
その後、攪拌翼及び内壁部分に塗布した酸化チタンに白金を担持した光触媒を溶剤で洗い落とし同様の連続培養を実施したところ、培養開始後６日ごろより、攪拌翼への藻類の付着が見られ、壁体側も同じく藻類の付着が顕著になった。この結果から攪拌翼及び内壁部分に塗布した酸化チタンに白金を担持した光触媒の塗布は藻類の付着防止に極めて有効であることが分かった。【００５４】
（実施例６）
５Ｌのガラス容器内に表１に示す標準栄養塩液４Ｌ液を作り、これにクロレラを１ｇ投入し、１００％濃度のＣＯ２を２０．０ｍｌ／ｍｉｎ、図２に示す攪拌機に供給した。この攪拌機には４３０ｎｍ、６８０ｎｍ、７００ｎｍの波長を持つＬＥＤ（合計光出力３０ｍＷ）をそれぞれ３個ずつ配設したガラス管を先止めした３個有する円形攪拌翼を持たせた。また、このガラス管の内側に光反射材料を前面塗布した。さらにガラス容器の外に４５０ｎｍ〜６６０ｎｍの波長をもつＬＥＤ、７ｍＷを取り付けた。また、バイオリアクタ外部に３対のＬＥＤを固定した放射盤を２枚設置しＬＥＤ内の青の個数を高め赤と青の光源放射強度比５になるように調整した光環境を作り出した。さらに攪拌翼のガラス表面に酸化チタンに白金を担持した光触媒を特殊な接着剤に混じて塗布し、加えてフォトバイオリアクタのガラス製壁体の内側に塗布した。回転数毎分４５回転で、２４時間培養し、その後表１に示す栄養塩液を定量ポンプで５．０ｍｌ／ｍｉｎを２００分間を一日あたり４回に分けて供給し，液量１．０Ｌ／日で引き抜く、即ちＨＲＴが４．０日とする半連続培養に切り替え、２０日間連続運転した。その結果、培養開始後６日以降の乾物濃度は１０ｇ／Ｌで安定した生産ができた。同様に電源をパルス波に変え、０．２ｓｅｃ周期で５０％デユーティ比の光環境で１０日間の生産を行ったが、乾物濃度はほとんど変わらなかった。この結果、リアクタ外壁からの光照射は藻類生産に有効であり、パルス波照射によっても収穫量の減少は見られなかったことから、電源の省エネルギーにつながることが明確になった。【００５５】
（実施例７）
実施例４において用いたＬＥＤ搭載のフォトバイオリアクタ上部の攪拌機部分に光源電源に電力を供給させる摺動式電力伝達部を介してＬＥＤ（光出力で実施例４の約３倍の合計９０ｍＷ）照射を行う攪拌機を内蔵する５Ｌのフォトバイオリアクタ内に栄養塩液４Ｌを入れ、フォトバイオリアクタ下部に設置した気液混合ミキサ（図２）にｐＨ９〜１０のアルカリイオン水１０．０ｍｌ／ｍｉｎで．供給し、攪拌機上部から圧力０．０５ＭＰａ、１００％のＣＯ２流量０．５ｍｌ／ｍｉｎを供給した状態で、回転数を毎分５〜２０回転で１５分運転した。液のｐＨを測定したところ、攪拌機下部の二酸化炭素の吹き出し口の間隙のｐＨは７．５〜８．０に収まっていた。【００５６】
（実施例８）
上記実施例４において、フォトバイオリアクタ下部に設置した軸受け部中心からｐＨ９〜１０のアルカリイオン溶液を１．０ｌ／ｍｉｎ供給し、回転数を毎分１０回転で運転し、攪拌機上部から圧力０．０５ＭＰａ、１００％のＣＯ２流量４０ｍｌ／ｍｉｎを供給した状態で微細藻類の培養を開始した。この実験では、攪拌機下部に設置した逆止弁の機能を発揮できないように施した条件の悪い仕組みの状態とした。これを複数回実施した。その結果、ｐＨは弱アルカリで推移した。【００５７】
（実施例９）
フォトバイオリアクタ上部の攪拌機部分に光源電源に電力を供給させる摺動式電力伝達部をもつ上記実施例４に示すＬＥＤを搭載した気液混合ミキサ付帯の攪拌機を、２００Ｌの深さ１８ｃｍレースウェイ方式太陽光型培養装置に一基設置し、攪拌機下部に設置した気液混合ミキサにｐＨ９〜１０のアルカリイオン水を１．０ｌ／ｍｉｎ供給し、攪拌機上部から圧力０．０５ＭＰａ、１００％のＣＯ２の流量４０ｍｌ／ｍｉｎで一日当たりの運転時間を２０分間として時間タイマーで１０回に分けて供給した状態で、攪拌機の回転数を毎分５〜２０回転で運転し、５日間夜間だけ光源を点灯し、昼間は太陽エネルギーを直接利用する運転をした結果、スピルリナの乾物濃度で６ｇ／Ｌを得た。これは従来型のレースウェイ式太陽光型培養装置の得られる乾物濃度が１．５ｇ／Ｌ程度なので、夜間の人工光の供給が有効であることが分かる。【００５８】
（実施例１０）
図１１は、実施例２において図７（Ｃ）に示す複合光導波路体の４種の波長域（６６０〜４５０ｎｍ，６８０ｎｍ，７００ｎｍ，４３０ｎｍ）のレーザー発振ダイオードを取り付けた光導波路５１を光発光体として使用するとともに、透明管５２および角型透明框５３に収納したＬＥＤ群（６ｗ消費電力で波長域４３０〜７００ｎｍ）による光発光体を併用した微細藻類培養装置５０の立体構造を示す。この装置５０においては、回転円板６枚羽を備える１台の竪型配置攪拌機５４をモーター５５により駆動させて中央の隔壁５６の周囲に培養液を回流させつつ、整流板５７により整流することができる。また、この培養装置５０の下部には培養液温度を温水または冷水で調節する保温ジャケット５８を配設した。この微細藻類培養装置５０を用いて実施例２と同様の条件で人工光照射専用による微細藻類の培養を行なった結果、水温を２０〜２５℃に維持した状態で、１日当り最大乾物濃度は０．５ｇ／Ｌ前後が可能となった。この実施例１０においては、光導波路５１とともに、中心波長４４５ｎｍ（４２５〜５００ｎｍ）および６７５ｎｍ（５５０〜８５０ｎｍ）の２山形波長強度をもち且つ６７５ｎｍと４４５ｎｍの中心波長の光量子強度比が４〜１０を構成するＬＥＤを透明管５２および角型透明框５３内に収納することで、微細藻類培養装置の培養パターンを豊富にすることができた。【００５９】
（実施例１１）
図１２は、実施例１０における図１１に示す微細藻類培養装置５０と同様に、その下部に、培養液温度を調節する保温ジャケット６８が配設され、されにその底部に足６１と接続部６２とを有する微細藻類培養装置６０を示す。この培養装置６０も実施例１０と同様の光導波路５１と、透明管５２に収納したＬＥＤ群による光発光体とを備えるが、この培養装置６０では、太陽光と、光導波路６３および透明管６４に収納したＬＥＤ群による光発光体による人工光照射とを併用することが可能である。かかる人工照射は、夜間、培養装置６０の下部より上方に照射し、昼間は太陽光照射に頼るので、培養液の深さは６０〜７５ｃｍの範囲に制限される。なお、この微細藻類培養装置６０は、曇天時の昼間は人工光照射を行うことができ、また積雪地帯や山間部においての冬季や春季初期でも水温を２０〜２５℃に維持可能であれば、最低でも１日当り最大乾物濃度は０．７５ｇ／Ｌ／ｄ前後の増殖速度を得ることができる。この実施例１１においても、光導波路６３とともに、中心波長４４５ｎｍ（４２５〜５００ｎｍ）および６７５ｎｍ（５５０〜８５０ｎｍ）の２山形波長強度をもち且つ６７５ｎｍと４４５ｎｍの中心波長の光量子強度比が４〜１０を構成するＬＥＤを透明管６４内に収納することで、微細藻類培養装置の培養パターンを豊富にすることができた。【００６０】
（実施例１２）
図１３は、建物の屋上や床強度の不足する建築物内で、太陽光と人工光を併用した完全密閉型の微細藻類の培養装置７０を示す。この培養装置７０では、その下部にある培養液送液ポンプ７３にて培養液だめの培養液を循環させることができる。また、培養液だめの水深を調節することで、建築物内の床強度に対応させることが可能である。ＣＯ２供給用電磁弁７２を介して外部より供給されるＣＯ２により稼動されるＣＯ２ミキサ７１は、外部に置くことも可能である。栄養塩などは栄養塩供給ポンプ７４により栄養塩循環管７７を介して供給することができる。微細藻類培養装置７０の内部に太陽光を取り入れる太陽光取り入れ口には、透明傾斜板７８と開閉式透明保護板８１とを備えており、この開閉式透明保護板８１は上下の開閉式透明保護板保持部８０により保持されている。透明傾斜板７８の上部には培養液溢流分散桶７９が配置されており、ここから溢流された培養液は透明傾斜板７８の下部にある培養液溢流漏洩間隙８２により培養液だめに循環される。また、この培養液溢流漏洩間隙８２にはＣＯ２ガス漏洩防止板８３が配置されている。この培養装置７０においても、実施例１０と同様の光導波路と、ＬＥＤ群を収納した透明管とを併用した光発光体７５（外部電源７６より給電）が、透明傾斜板７８の内面上に配列さており、この光発光体７５と培養装置外枠８４との間で３角形の天井を形成している。この天井の頂部には培養装置７０内の圧力を調節する内部圧調整弁８５が設けられている。この培養装置７０では、内部の太陽光が当る壁面を鏡面仕上げすることにより昼間の太陽光の光合成成分を持つ光の波長に対応する光量子を培養液に投射する機能を持たせてある。なお、図示はしないが、透明傾斜板７８の表面を水平方向にかまぼこ上に凹凸をつけることによって傾斜板上の培養液の滞留時間を増加させ、光合成の効率を高めることが可能となる。この微細藻類培養装置７０を用いて実施例１１と同様の条件で太陽光と人工光照射による微細藻類の培養を行なった結果、水温を２０〜２５℃に維持した状態で、１日当り最大乾物濃度は２〜３ｇ／Ｌを維持することができた。また、この実施例１２においても、光導波路６１とともに、中心波長４４５ｎｍ（４２５〜５００ｎｍ）および６７５ｎｍ（５５０〜８５０ｎｍ）の２山形波長強度をもち且つ６７５ｎｍと４４５ｎｍの中心波長の光量子強度比が４〜１０を構成するＬＥＤを透明管６２内に収納することで、微細藻類培養装置の培養パターンを豊富にすることができた。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の微細藻類培養装置によって極めて低コストの藻類の生産が可能になり、これらの藻類を乾燥することによって、畑から収穫されるとうもろこしやサトウキビと比較して数百倍〜数千倍の単位面積当たりのでんぷん、脂質やたんぱく質の生産が可能になる。さらに藻類の乾物密度に対してほぼ２．０倍の質量の二酸化炭素を吸収したことになるので、地球温暖化防止に極めて効果のある二酸化炭素吸収装置としてみなすことができ、森林のように再生利用できるまで数十年かけて二酸化炭素を吸収するのではなく数日で吸収がなされるので、場所を選ばず常時二酸化炭素を吸収する装置として位置づけることが可能である。また、本発明によって生産される藻類の乾物は、そのまま、家畜の飼料又は食品原料としても有用であり、その乾物に含有する脂質を燃料油として使うことも可能である。また、従来のレースウェイ方式より４〜５倍深い池や水路でも複合光導波路体を使用することで昼間は太陽光を利用し、夜間や日射量の少ない時間帯での人工光を使用した太陽光／人工光併用型微細藻類培養装置とすることも可能になる。さらにこれと直径数ｍ、深さ数十ｍから数百ｍの人工光型微細藻類培養装置を地下に設置する人工光微細藻類培養装置とを組み合わせることによって、日本や東南アジアの人口密度の高い国での土地面積に限りのある場所での大量培養が可能となる。
【符号の説明】
【００６２】
１  光発振装置固定部
２  光発振装置・光導波路固定部
３  光導波路
４  光反射物質
５  攪拌機中空軸
６  光導波路の支持体
７  光導波路
８  電力供給用スリップリング
９  気液混合ミキサ
１０  ｐＨセンサ
１１  信号線
１２  アンプ
１３  ソレノイド制御弁
１４  攪拌機回転用モータ
１５  気液混合ミキサ用モータ
１６  複合ボールベアリング
１７  微細気泡放出インペラ
１８  ローター
１９  逆止弁
２０  太陽光／人工光併用型培養槽
２１  流体サイクロン
２２  気液混合ミキサ
２３  濃縮栄養塩液引き抜き部
２４  複合光導波路付き攪拌機
２５  光導波路
２６  接合部
２７  光発振装置
２８  太陽光利用レースウェイ培養装置
２９  レースウェイ太陽利用型微細藻類培養槽
３０  プラスチックハウス
３１  熱交換器
３２  熱交換器
３３  ヒートポンプ
３４  光導波路付き攪拌機
３５  水車
３６  冷陰極管ランプ（ＣＣＬ）
３７  栄養塩液循環ポンプ
３８  光導波路を備えた攪拌機
３９  矩形培養槽
４０  貯蔵ＣＯ２
４１  気液混合ミキサ
４２  アルミ箔
４３  循環ポンプ
４４  光導波路
４５  逆止弁および圧力制御弁
４６  ソーラー電池システム（蓄電池及び１２Ｖまたは２４Ｖ出力部）
４７  培養槽
４８  光導波路を備えた攪拌機
４９  ヒートパイプ
５０  微細藻類培養装置
５１  光導波路
５２  透明管
５３  角型透明框
５４  堅型配置撹拌機
５５  モーター
５６  隔壁
５７  整流板
５８  保温ジャケット
６０  微細藻類培養装置
６１  足
６２  接続部
６３  光導波路
６４  透明管
６８  保温ジャケット
７０  微細藻類培養装置
７１  ＣＯ２ミキサ
７２  供給用電磁弁
７３  培養液送液ポンプ
７４  栄養塩供給ポンプ
７５  光発光体
７６  外部電源
７７  栄養塩循環管
７８  透明傾斜板
７９  培養液溢流分散桶
８０  開閉式透明保護板保持部
８１  開閉式透明保護板
８２  培養液溢流漏洩間隙
８３  ＣＯ２ガス漏洩防止板
８４  培養装置外枠
８５  内部圧調整弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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